高考物理知識(shí)體系總論：機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波

學(xué)霸推薦機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波知識(shí)體系梳理優(yōu)秀同齡人的陪伴

讓你的青春少走彎路機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波部分是選修3-4的重點(diǎn)內(nèi)容，主要考察內(nèi)容就是機(jī)械振動(dòng)的分類和特點(diǎn)，以及波的疊加問題和波特點(diǎn)的應(yīng)用，同學(xué)要重視條件和特點(diǎn)，在這個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)行題型鞏固。使用說明-內(nèi)容說明01目

錄梳理知識(shí)體系CONTENTS02解決經(jīng)典問題實(shí)例PA

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1梳理知識(shí)體系DREAMOFTHEFUTURE機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波大

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架簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)?單擺、單擺的周期公式簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的公式和圖象受迫振動(dòng)和共振機(jī)械振動(dòng)考點(diǎn)機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波機(jī)械波?橫波和縱波橫波的圖象?波速、波長(zhǎng)和頻率的關(guān)系機(jī)械波波的干涉和衍射現(xiàn)象?多普勒效應(yīng)考點(diǎn)1.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波大

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架(1)定義：物體在跟位移大小成正比并且總是指向平衡位置的回復(fù)力作用下的振動(dòng)。(2)平衡位置：物體在振動(dòng)過程中回復(fù)力為零的位置。(3)回復(fù)力簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)?單擺、單擺的周期公式①定義：使物體返回到平衡位置的力。②方向：總是指向平衡位置。③來源：屬于效果力，可以是某一個(gè)力，也可以是幾個(gè)力的合力或某個(gè)力的分力。機(jī)械振動(dòng)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的公式和圖象(4)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的特征①動(dòng)力學(xué)特征：F回＝－kx。受迫振動(dòng)和共振考點(diǎn)②運(yùn)動(dòng)學(xué)特征：x、v、a均按正弦或余弦規(guī)律發(fā)生周期性變化(注意v、a的變化趨勢(shì)相反)。③能量特征：系統(tǒng)的機(jī)械能守恒，振幅A不變。機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波大

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架簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)?單擺、單擺的周期公式機(jī)械振動(dòng)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的公式和圖象受迫振動(dòng)和共振考點(diǎn)機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波1.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式大

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架(1)動(dòng)力學(xué)表達(dá)式：F＝－kx，其中“－”表示回復(fù)力與位移的方向相反。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)?單擺、單擺的周期公式(2)運(yùn)動(dòng)學(xué)表達(dá)式：x＝Asin(ωt＋φ)，其中A代表振幅，ω＝2πf表示簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的快慢。2.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的公式和圖象(1)從平衡位置開始計(jì)時(shí)，機(jī)械振動(dòng)函數(shù)表達(dá)式為x＝Asinωt，圖象如圖1甲所示。(2)從最大位移處開始計(jì)時(shí)，受迫振動(dòng)和共振考點(diǎn)函數(shù)表達(dá)式為x＝Acosωt，圖象如圖1乙所示。機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波大

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架簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)?單擺、單擺的周期公式1.受迫振動(dòng)系統(tǒng)在驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng)。做受迫振動(dòng)的物體，它做受迫振動(dòng)的周期(或頻率)等于驅(qū)動(dòng)力的周期(或頻率)，而與物體的固有周期(或頻率)無關(guān)。2.共振簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的公式和圖象機(jī)械振動(dòng)受迫振動(dòng)和共振考點(diǎn)做受迫振動(dòng)的物體，它的固有頻率與驅(qū)動(dòng)力的頻率越接近，其振幅就越大，當(dāng)二者相等時(shí)，振幅達(dá)到最大，這就是共振現(xiàn)象。共振曲線如圖2所示。機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波大

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架1.動(dòng)力學(xué)特征：F＝－kx，“－”表示回復(fù)力的方向與位移方向相反，k是比例系數(shù)，不一定是彈簧的勁度系數(shù)。2.運(yùn)動(dòng)學(xué)特征：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的加速度與物體偏離平衡位置的位移成正比，而方向相反，為變加速運(yùn)動(dòng)，遠(yuǎn)離平衡位置時(shí)，x、F、a、Ep均增大，v、Ek均減小，靠近平衡位置時(shí)則相反。3.運(yùn)動(dòng)的周期性特征：相隔T或nT的兩個(gè)時(shí)刻振子處于同一位置且振動(dòng)狀態(tài)相同。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的五個(gè)特征4.對(duì)稱性特征：(1)振子位置關(guān)于平衡位置對(duì)稱，位移、速度、加速度大小相等，方向相反。(2)振子經(jīng)過關(guān)于平衡位置O對(duì)稱的兩點(diǎn)P、P′(OP＝OP′)時(shí)，速度的大小、動(dòng)能、勢(shì)能相等，相對(duì)于平衡位置的位移大小相等。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律及圖象考點(diǎn)(3)振子由P到O所用時(shí)間等于由O到P′所用時(shí)間，即t

＝t

。OP′PO(4)振子往復(fù)過程中通過同一段路程(如OP段)所用時(shí)間相等，即t

＝t

。5.能量特征：振動(dòng)的能量包括動(dòng)能Ek和勢(shì)能Ep，簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)過程中，系統(tǒng)動(dòng)能與勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，系統(tǒng)的機(jī)械能守恒。OPPO單擺周期公式的應(yīng)用機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波大

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架簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的五個(gè)特征1.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式x＝Asin(ωt＋φ)2.振動(dòng)圖象提供的信息簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律及圖象(1)由圖象可以看出質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅、周期。(2)可以確定某時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)離開平衡位置的位移。(3)可以確定各時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向。(4)可以確定某時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的回復(fù)力、加速度和速度的方向。(5)比較不同時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的速度、加速度的大小。考點(diǎn)單擺周期公式的應(yīng)用機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波大

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架簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的五個(gè)特征類單擺問題的解題方法簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律及圖象考點(diǎn)(1)確認(rèn)符合單擺模型的條件，即：小球沿光滑圓弧運(yùn)動(dòng)，小球受場(chǎng)力、軌道支持力，此支持力類似單擺中的擺線拉力，故此裝置可稱為“類單擺”。(2)尋找等效擺長(zhǎng)l及等效加速度g，最后利用公式T＝2π√l/g或簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析求解問題。單擺周期公式的應(yīng)用機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波大

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架1.機(jī)械波的形成條件(1)有發(fā)生機(jī)械振動(dòng)的波源。(2)有傳播介質(zhì)，如空氣、水等。2.傳播特點(diǎn)(1)機(jī)械波傳播的只是振動(dòng)的形式和能量，質(zhì)點(diǎn)只在各自的平衡位置附近做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，并不隨波遷移。(2)介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的振幅相同，振動(dòng)周期和頻率都與波源的振動(dòng)周期和頻率相同。機(jī)械波?橫波和縱波(3)一個(gè)周期內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)完成一次全振動(dòng)，通過的路程為4A，位移為零。3.機(jī)械波的分類(1)橫波：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向相互垂直的波，有波峰(凸部)和波谷(凹部)。(2)縱波：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向在同一直線上的波，有密部和疏部。橫波的圖象?波速、波長(zhǎng)和頻率的關(guān)系機(jī)械波波的干涉和衍射現(xiàn)象?多普勒效應(yīng)考點(diǎn)機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波大

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架1.橫波的圖象(1)坐標(biāo)軸：橫軸表示各質(zhì)點(diǎn)的平衡位置，縱軸表示該時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)的位移。(2)意義：表示在波的傳播方向上，某時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)離開平衡位置的位移。機(jī)械波?橫波和縱波2.波長(zhǎng)、波速、頻率及其關(guān)系(1)波長(zhǎng)λ在波動(dòng)中，振動(dòng)相位總是相同的兩個(gè)相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離。(2)波速v：橫波的圖象?波速、波長(zhǎng)和頻率的關(guān)系波在介質(zhì)中的傳播速度，由介質(zhì)本身的性質(zhì)決定。(3)頻率f：機(jī)械波由波源決定，等于波源的振動(dòng)頻率。(4)波長(zhǎng)、波速和頻率的關(guān)系：①v＝λf；②v＝λ/T。波的干涉和衍射現(xiàn)象?多普勒效應(yīng)考點(diǎn)機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波大

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架機(jī)械波?橫波和縱波橫波的圖象?波速、波長(zhǎng)和頻率的關(guān)系機(jī)械波波的干涉和衍射現(xiàn)象?多普勒效應(yīng)2.多普勒效應(yīng)(1)條件：聲源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。(2)現(xiàn)象：觀察者感到頻率發(fā)生變化。(3)實(shí)質(zhì)：聲源頻率不變，觀察者接收到的頻率變化?？键c(diǎn)機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波1.波動(dòng)圖象的信息(如圖所示)大

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架考點(diǎn)一?波動(dòng)圖象與波速公式的應(yīng)用(1)直接讀取振幅A和波長(zhǎng)λ，以及該時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)的位移?？键c(diǎn)二?振動(dòng)圖象和波的圖象的關(guān)聯(lián)分析(2)確定某時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)加速度的方向，并能比較其大小?？键c(diǎn)(3)結(jié)合波的傳播方向可確定各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向或由各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向確定波的傳播方向。2.波速與波長(zhǎng)、周期、頻率的關(guān)系v＝λ/T＝λf。考點(diǎn)三?波的多解問題機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波大

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架波的傳播方向與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向的互判方法考點(diǎn)一?波動(dòng)圖象與波速公式的應(yīng)用考點(diǎn)二?振動(dòng)圖象和波的圖象的關(guān)聯(lián)分析考點(diǎn)考點(diǎn)三?波的多解問題機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波大

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架考點(diǎn)一?波動(dòng)圖象與波速公式的應(yīng)用求解波動(dòng)圖象與振動(dòng)圖象綜合類問題可采用“一分、一看、二找”的方法考點(diǎn)二?振動(dòng)圖象和波的圖象的關(guān)聯(lián)分析考點(diǎn)考點(diǎn)三?波的多解問題機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波大

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架造成波動(dòng)問題多解的主要因素有1.周期性考點(diǎn)一?波動(dòng)圖象與波速公式的應(yīng)用(1)時(shí)間周期性：時(shí)間間隔Δt與周期T的關(guān)系不明確。(2)空間周期性：波傳播距離Δx與波長(zhǎng)λ的關(guān)系不明確。考點(diǎn)二?振動(dòng)圖象和波的圖象的關(guān)聯(lián)分析2.雙向性(1)傳播方向雙向性：波的傳播方向不確定。(2)振動(dòng)方向雙向性：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向不確定。3.波形的隱含性形成多解考點(diǎn)在波動(dòng)問題中，往往只給出完整波形的一部分，或給出幾個(gè)特殊點(diǎn)，而其余信息均處于隱含狀態(tài)。這樣，波形就有多種情況，形成波動(dòng)問題的多解性?？键c(diǎn)三?波的多解問題機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波知識(shí)樹原圖PA

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2利用知識(shí)體系框架來解題此部分務(wù)必觀看視頻講解DREAMOFTHEFUTURE經(jīng)典例題1周期為2.0s的簡(jiǎn)諧橫波沿x軸傳播，該波在某時(shí)刻的圖象如圖所示，此時(shí)質(zhì)點(diǎn)P沿y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)，則該波(??)A.沿x軸正方向傳播，波速v＝20m/sB.沿x軸正方向傳播，波速v＝10m/sC.沿x軸負(fù)方向傳播，波速v＝20m/sD.沿x軸負(fù)方向傳播，波速v＝10m/s答案解析1答案解析：已知P點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檠貀軸負(fù)方向，可知波沿x軸正方向傳播；由波的圖象可知λ＝20m，又T＝2.0s，則波速v＝λ/T＝10m/s。故選項(xiàng)B正確。經(jīng)典例題2圖中S為在水面上振動(dòng)的波源，M、N是水面上的兩塊擋塊，其中N板可以上下移動(dòng)，兩板中間有一狹縫，此時(shí)測(cè)得A處水沒有振動(dòng)，為使A處水也能發(fā)生振動(dòng)，可采用的方法是(??)A.使波源的頻率增大B.使波源的頻率減小C.移動(dòng)N使狹縫的間距增大D.移動(dòng)N使狹縫的間距減小答案解析2答案解析：使孔滿足明顯衍射的條件即可，或?qū)⒖鬃冃?，或?qū)⒉ㄩL(zhǎng)變大，故B、D正確。經(jīng)典例題3如圖所示，實(shí)線和虛線分別表示振幅、頻率均相同的兩列波的波峰和波谷，此刻，M是波峰與波峰相遇點(diǎn)，下列說法中正確的是(??)A.該時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)O正處在平衡位置B.P、N兩點(diǎn)始終處于平衡位置C.點(diǎn)M到兩波源的距離之差一定是波長(zhǎng)的整數(shù)倍D.從該時(shí)刻起，經(jīng)過0.25個(gè)周期，質(zhì)點(diǎn)M到達(dá)平衡位置答案解析3答案解析：由題圖可知，O、M為振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)，此時(shí)點(diǎn)O處于波谷，點(diǎn)M處于波峰，點(diǎn)M是峰、峰相遇，只有當(dāng)兩波源振動(dòng)相位相同時(shí)，點(diǎn)M到兩波源的距離差才是波長(zhǎng)的整數(shù)倍，若兩波源振動(dòng)相位相反，則點(diǎn)M到兩波源的距離差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，故A、C均錯(cuò)誤；P、N兩點(diǎn)為減弱點(diǎn)，又因?yàn)閮闪胁ǖ恼穹嗤虼薖、N兩點(diǎn)的振幅為零，即兩點(diǎn)始終處于平衡位置，故B正確；從該時(shí)刻經(jīng)0.25個(gè)周期，兩列波分別引起的振動(dòng)都使點(diǎn)M位于平衡位置，故點(diǎn)M位于平衡位置，故D正確。經(jīng)典例題4答案解析4PA

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3回顧